Испанская Kreios Space готовится испытать необычный
двигатель для спутников, который сможет использовать в качестве рабочего тела атмосферу
Земли. Если эксперимент окажется успешным, технология Air-Breathing Electric
Propulsion (ABEP) позволит аппаратам годами работать на сверхнизких орбитах без
большого запаса топлива или другого рабочего тела на борту.Первый экспериментальный спутник с системой ABEP планируют
вывести на низкую околоземную орбиту VLEO. Точная дата запуска пока не
объявлена, но Kreios Space ориентируется на 2027 год.Принцип работы системы напоминает воздушно-реактивный
двигатель, только вместо плотного воздуха она использует крайне разреженную
атмосферу. Спутник захватывает остаточные молекулы газа, после чего они
нагреваются и ионизируются. Получившееся плазменное рабочее тело ускоряется и
выбрасывается из двигателя, создавая тягу.Главное преимущество такой схемы в том, что спутнику не
нужно постоянно расходовать привезенное с Земли рабочее тело. Электричество для
двигателя могут обеспечивать солнечные панели, а вещество для создания тяги
аппарат получает непосредственно из окружающей атмосферы.ABEP создается специально для VLEO — сверхнизких орбит
примерно от 100 до 400 км. У них есть серьезный недостаток: даже крайне
разреженная атмосфера оказывает на спутник заметное сопротивление и постепенно
снижает его скорость и высоту.Обычный двигатель способен компенсировать это торможение, но
при постоянной работе запас рабочего тела быстро заканчивается. В результате
срок существования спутника на VLEO оказывается ограниченным.ABEP предлагает превратить эту проблему в преимущество.
Атмосфера, которая тормозит спутник, одновременно становится источником
рабочего тела для его двигателя. Если система сможет захватывать достаточное
количество молекул и эффективно разгонять их, аппарат сможет постоянно
компенсировать атмосферное сопротивление и удерживать заданную орбиту.Для первой демонстрационной миссии Kreios Space выбрала
платформу MP42 компании Kongsberg NanoAvionics из Литвы. Инженеры NanoAvionics
адаптируют спутник под экспериментальную двигательную установку и интегрируют в
него систему ABEP.Сверхнизкие орбиты привлекательны сразу по нескольким
причинам. Чем ближе спутник находится к Земле, тем более детальные изображения
он может получать при использовании сопоставимой оптики. Это особенно интересно
для дистанционного зондирования, картографии и наблюдения за различными
объектами на поверхности.Меньшая высота также может улучшить характеристики
спутниковой связи: сокращается расстояние до наземных терминалов, что
потенциально позволяет снизить задержку сигнала и требования к мощности
радиоканала.Кроме того, VLEO пока значительно менее загружены, чем более
высокие низкие околоземные орбиты, где уже работают тысячи спутников. Высоты
ниже примерно 400 км используются гораздо реже именно из-за сильного
атмосферного торможения.Есть у такой схемы и дополнительный плюс для борьбы с
космическим мусором. Если спутник на VLEO выйдет из строя и перестанет
поддерживать орбиту, он относительно быстро начнет снижаться и в итоге сгорит в
атмосфере. Он не будет десятилетиями оставаться на орбите в качестве
неуправляемого объекта.Однако сначала Kreios Space придется доказать, что
технология действительно работает в космосе. Верхняя атмосфера чрезвычайно
разрежена, а ее плотность меняется в зависимости от высоты и солнечной
активности. Двигателю придется эффективно собирать небольшое количество молекул
и создавать достаточную тягу хотя бы для компенсации постоянного
аэродинамического торможения.Если испытание пройдет успешно, ABEP может открыть дорогу к
практически постоянной эксплуатации спутников на сверхнизких орбитах. Аппараты
смогут получать рабочее тело буквально из окружающего пространства, а срок их
работы перестанет напрямую зависеть от объема топлива, доставленного с Земли.